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AI将数百亿种分子药物筛选成本降至千分之一
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  • 2026-09-07 09:52:18
  • 科技日报
  • 美国圣裘德儿童研究医院、意大利帕维亚大学等机构研究人员开发出一种名为AdaptiveFlow的人工智能(AI)辅助平台,可对包含690亿种分子的化合物库开展虚拟筛选。与现有方法相比,该平台可将相关计算成本降至原来的1/1000,并实现最高560万个虚拟CPU的线性扩展。作为新一代自动化药物发现平台,AdaptiveFlow有望让超大规模虚拟筛选成为常规药物研发手段。成果发表于最新一期《自然·生物技术》杂志。


    所谓虚拟筛选,是指利用计算机模拟候选分子与目标蛋白之间的相互作用,从数量庞大的化合物中筛选出可能与目标蛋白结合的分子。候选分子数量越多,需要进行的计算就越多。当筛选规模达到数十亿甚至数百亿种分子时,计算资源和成本也会随之大幅增加。


    AdaptiveFlow通过AI和高效云计算架构,让这种过去计算成本高昂的筛选更加可行。研究人员首先将分子按照分子量等性质划分到一个18维网格中,从中优先选择具有不同化学特征的分子进行预筛选。随后利用机器学习模型分析预筛选结果,识别更有潜力的候选分子,再利用分子对接方法评估这些分子与目标蛋白的结合能力。


    该平台目前支持超过1500种分子对接方案。测试发现,AdaptiveFlow能够随着计算资源增加保持近似线性的计算效率,即使同时使用数百万个CPU,也不会因计算规模扩大而出现明显的通信效率下降。测试中,其计算框架最高可扩展至560万个虚拟CPU,并保持线性计算效率。


    研究人员利用AdaptiveFlow对包含690亿种分子的化合物库进行筛选,并针对癌症相关靶点聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1和铁死亡抑制蛋白1(FSP1)开展验证。结果显示,平台针对两种蛋白均筛选出具有较强结合能力的抑制剂,其表现与具有药物开发意义的相关标准相当。其中,FSP1属于近年来受到关注的新兴靶点,其结合位点存在额外辅助因子,筛选难度较高。


    AdaptiveFlow已开源,并提供使用教程和操作指南,可供科研人员免费使用。研究人员希望以更低成本从庞大的候选分子库中寻找潜在药物分子,为针对过去较难开发的药物靶点开展研究提供新工具。




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